大牛地氣田致密砂巖儲(chǔ)層測(cè)井相類(lèi)型研究

高青松，曹桐生，張占楊

（中國(guó)石化華北油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南鄭州 450006）

大牛地氣田致密砂巖儲(chǔ)層測(cè)井相類(lèi)型研究

高青松，曹桐生，張占楊

（中國(guó)石化華北油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南鄭州 450006）

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部，主要含氣層位為上古生界石炭系太原組、二疊系山西組和下石盒子組，為致密砂巖儲(chǔ)層。該區(qū)主要經(jīng)歷了晚石炭世海侵、早二疊世山西期海退形成的三角洲、下石盒子期河流發(fā)育的海–陸過(guò)渡沉積，形成的測(cè)井相類(lèi)型多樣，利用自然伽馬曲線(xiàn)將該區(qū)儲(chǔ)層劃分為8種巖石相類(lèi)型，明確了不同沉積體系儲(chǔ)層及有利沉積相帶；其中下石盒子組盒3、盒2、盒1段主要為辮狀河流相沉積，有利相帶為辮狀河主河道，山西組山2、山1段為三角洲平原沉積，有利相帶為分流河道，太原組太2段主要為障壁島–瀉湖沉積，有利微相為障壁砂壩。

大地氣田；致密砂巖；儲(chǔ)層測(cè)井相

大牛地氣田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)伊克昭盟伊金霍洛旗、烏審旗和陜西省榆林市交界處，構(gòu)造位置位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部（圖1）。大牛地氣田鉆遇地層有第四系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系和奧陶系。目前，該區(qū)發(fā)育石炭系太原組、二疊系山西組和下石盒子組3套產(chǎn)氣層。主要儲(chǔ)層類(lèi)型為致密砂巖儲(chǔ)層，本區(qū)實(shí)鉆證實(shí)，自然電位在本區(qū)的反映不如伽馬敏感，砂巖的電性特征主要為低伽馬，主要應(yīng)用自然伽馬曲線(xiàn)進(jìn)行測(cè)井相識(shí)別[1–2]。

1 區(qū)域沉積簡(jiǎn)史

上古生界超覆于奧陶系灰?guī)r構(gòu)造侵蝕面之上，本溪期南高北低，海侵來(lái)自東北方向；太原期南低北高，海侵來(lái)自東南方向；山西組北岔溝砂巖底面為一區(qū)域海退面，盆地北部顯著抬升，進(jìn)入近海湖盆及內(nèi)陸坳陷階段，河流、三角洲砂體向南進(jìn)積，下石盒子期達(dá)到砂體發(fā)育的頂峰。海西構(gòu)造旋回早期，鄂爾多斯地臺(tái)發(fā)生沉降，多次接受海相沉積，到晚石炭世第四次海侵達(dá)到高峰，本區(qū)形成了具有明顯海相特點(diǎn)的砂巖儲(chǔ)層；早二疊世鄂爾多斯地臺(tái)上升為陸，海水全部退出，揭開(kāi)了陸相沉積的序幕，山西期發(fā)育了三角洲沉積，本區(qū)則位于三角洲平原部分，形成了分流河道的儲(chǔ)層沉積；下石盒子期河流相沉積發(fā)育，本區(qū)普遍沉積了較厚的河道砂巖。

沉積環(huán)境的不斷變遷，形成了不同類(lèi)型的沉積物，包括不同類(lèi)型的儲(chǔ)層砂巖和非儲(chǔ)層泥質(zhì)巖類(lèi)沉積物。在進(jìn)行測(cè)井相分析時(shí)，必須同時(shí)考慮砂巖沉積的大環(huán)境和沉積微相之間的縱橫向聯(lián)系，特別是巖石相的組合特點(diǎn)，它是測(cè)井沉積研究的基礎(chǔ)。

圖1 大牛地氣田位置

2 主要巖石相類(lèi)型

利用自然伽馬曲線(xiàn)進(jìn)行沉積相的解釋?zhuān)从谧匀毁ゑR測(cè)井是測(cè)量地層和流體中不穩(wěn)定元素的自然放射性發(fā)出的伽馬射線(xiàn)，用以判斷巖石性質(zhì)，特別是泥質(zhì)含量可以反映物源的距離、水流的深淺及水動(dòng)力的大小等沉積環(huán)境。

根據(jù)取心分析成果，自然伽馬能夠在一定程度上反映出沉積砂巖粒度、分選情況；從下至上，隨著砂巖粒度逐漸變小分選性逐漸變差，泥質(zhì)含量增加，自然伽馬曲線(xiàn)數(shù)值增大，反映出水動(dòng)力能量總體由強(qiáng)變?nèi)?，物源供?yīng)逐步減少。

2.1 塊狀層理砂礫巖相

主要由厚層塊狀砂質(zhì)細(xì)礫巖、細(xì)礫巖組成，厚度較大，最厚可達(dá)幾米（圖 2A）。礫石一般分選較好，磨圓中等，分布多具定向性。礫石以石英礫為主，粒徑一般2 mm左右；同時(shí)可見(jiàn)變質(zhì)巖、燧石礫石，粒徑一般小于5 mm，個(gè)別可達(dá)20 mm，呈懸浮狀分布在石英礫中。與下伏巖石相呈漸變接觸，主要出現(xiàn)在河道或分流河道中下部，為高能環(huán)境下的產(chǎn)物。

2.2 含礫粗砂巖相

一般為中–厚層狀，有時(shí)可見(jiàn)薄層狀。礫石分選中等–差，磨圓較好，為次圓狀和次棱角狀，多順層分布。一般底部礫石含量較高，粒度較粗，向上含量逐漸減少，粒度逐漸變細(xì)（圖 2B）。多為顆粒支撐，雜基含量較少，層理不明顯。主要出現(xiàn)在河道心灘或分流河道中下部，總體上代表了水體能量較強(qiáng)的沉積環(huán)境特征。

2.3 交錯(cuò)層理粗砂巖相

砂巖分選中等–較好，磨圓次棱角狀–次圓狀，含少量雜基，與粗粒砂巖相呈過(guò)渡關(guān)系（圖 2C）。砂巖中發(fā)育大型交錯(cuò)層理，由于巖心直徑的限制，在巖心中多呈塊狀產(chǎn)出。該巖相是中–高能環(huán)境的沉積產(chǎn)物，水體的分選能力較強(qiáng)，粒度較為均一，在辮狀河中，多為心灘沉積。

2.4 平行層理中粗砂巖相

巖性主要為粗砂巖和中砂巖，常呈中厚層狀產(chǎn)出（圖 2D）。砂巖分選中等–較好，磨圓次棱角狀–次圓狀，含少量雜基，與大型交錯(cuò)層理粗、含礫粗砂巖相呈過(guò)渡關(guān)系。具有平行層理，粗粒砂巖中平行層理不易辨認(rèn)，中粒砂巖中較易辨認(rèn)。平行層理的形成水動(dòng)力條件是水淺流急，因此，在辮狀河中作為河道的垂直生長(zhǎng)沙灘出現(xiàn)。

2.5 小型交錯(cuò)層理中細(xì)砂巖相

巖性主要為中砂巖、細(xì)砂巖和粉細(xì)砂巖，厚度較小，一般為幾公分到10 cm左右（圖2E）。小型交錯(cuò)層理形成時(shí)的水動(dòng)力條件比較弱，常出現(xiàn)在辮狀河道的頂部或廢棄河道中。

2.6 沙紋層理細(xì)砂巖相

巖性主要為細(xì)砂巖、粉砂巖（圖 2F），常與小型交錯(cuò)層理砂巖相呈過(guò)渡關(guān)系。分選中等，常見(jiàn)云母片沿沙紋細(xì)層分布，厚度一般小于10 cm。沙紋層理形成的能量非常弱，常出現(xiàn)在天然堤和河漫灘中。

2.7 水平層理粉砂巖相

巖性為粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖，分選中等，磨圓次圓–次棱角狀，雜基含量較高，云母含量較多，厚度較?。▓D 2G）。常與沙紋層理呈過(guò)渡關(guān)系，也可單獨(dú)出現(xiàn)。單獨(dú)出現(xiàn)時(shí)，常夾于泥巖中。水平層理粉砂巖相形成于比較安靜的水體，多見(jiàn)于泛濫平原和河漫沉積中。

2.8 灰白色石英砂巖相

巖性主要為粗粒、含礫粗粒石英砂巖，巖性較純（圖 2H）。主要見(jiàn)于太原組。泥質(zhì)含量較低，顆粒分選、磨圓較好，表明砂巖曾受到較強(qiáng)水流作用的改造。巖心中砂巖的層理類(lèi)型多不明顯，可見(jiàn)低角度雙向交錯(cuò)層理。

3 測(cè)井相類(lèi)型

根據(jù)對(duì)大牛地氣田上古生界太原組、山西組和下石盒子組主要砂巖儲(chǔ)層測(cè)井相類(lèi)型分析，本區(qū)主要的測(cè)井相類(lèi)型包括典型箱形、齒化箱形、鐘形、漏斗形、弓形、齒形和指形等七種基本類(lèi)型，其中弓形是本區(qū)海相砂巖特有的形態(tài)。

3.1 典型箱形

為頂?shù)淄蛔冃?，表明沉積初期水流能量強(qiáng)，對(duì)下部形成沖刷侵蝕；沉積后期水流能量突然減弱，或物源供應(yīng)突然中斷，形成了此曲線(xiàn)形態(tài)。本區(qū)多為心灘沉積特征[3–5]，少量分流河道沉積物顆粒均勻，亦能形成典型箱形，僅在層厚度上相對(duì)變薄。巖石相類(lèi)型主要為含礫粗砂巖相、交錯(cuò)層理粗砂巖相[6]（圖3A）。

3.2 齒化箱形

形狀及成因類(lèi)似于典型箱形，不同點(diǎn)是頂?shù)卓缍仍黾?，齒化嚴(yán)重；代表水流動(dòng)用強(qiáng)而不連續(xù)、物源豐富的沉積特點(diǎn)。主要發(fā)育于辮狀河心灘部位[7]，且應(yīng)位于辮狀河發(fā)育的中心部位，河道和心灘往復(fù)變遷，沉積砂體間歇疊加，沉積厚度一般大于20 m。巖石相類(lèi)型主要為含礫粗砂巖相、交錯(cuò)層理砂巖相、塊狀砂礫巖相（圖3B）。

圖2 致密砂巖儲(chǔ)層主要巖石相類(lèi)型

3.3 鐘形

主要特征為底部突變、頂部漸變，反映的水流能量逐漸減弱、物源供應(yīng)不斷少的沉積特點(diǎn)。本區(qū)主要代表了三角洲平原分流河道以及少量的盒 2、盒3發(fā)育的曲流河特征[8–9]，沉積厚度一般5～10 m，最厚可達(dá)15 m。巖石相類(lèi)型主要為平行層理砂巖相、小型交錯(cuò)層理中細(xì)砂巖相（圖3C）。

3.4 漏斗形

主要特征為底部漸變、頂部突變，與鐘形曲線(xiàn)特征相反。為反粒序結(jié)構(gòu)，反映水流能量逐漸加強(qiáng)、分選逐步變好的沉積特點(diǎn)。此種類(lèi)型在本區(qū)相對(duì)不發(fā)育，主要代表了河口砂壩或決口水道沉積，反映了隨水流能量逐漸增強(qiáng)，洪水越過(guò)天然堤并對(duì)決口扇形成沖刷侵蝕，最終形成了新的分流河道，因此形成了下細(xì)上粗的反粒序結(jié)構(gòu)。沉積厚度與水流能量有關(guān)，一般2～4 m，最厚可達(dá)15 m，巖石相類(lèi)型主要為沙紋層理中細(xì)砂巖相、水平井層理粉細(xì)砂巖相（圖3D）。

3.5 弓形

與典型箱形曲線(xiàn)外形相似，沉積環(huán)境實(shí)則相差懸殊。曲線(xiàn)主要特征為底部減速漸變、中部平滑、頂部加速漸變式，此類(lèi)型僅發(fā)育于大10井區(qū)太2段，厚度相對(duì)薄，一般5～15m，代表了早期為物源供應(yīng)不足、水流能量弱的深水特征，具有遠(yuǎn)砂壩反粒序特征；中期主要受波浪或潮汐作用淘洗，沉積物分選、粒度均勻；后期水流能量急劇減弱或物源供應(yīng)迅速減少，形成了加速漸變的沉積特點(diǎn)（圖 3E）。總體反映了濱海砂壩的沉積特征。巖石相類(lèi)型主要為灰白色石英砂巖相。

3.6 齒形

為水流能量相對(duì)低環(huán)境的沉積特征，幅度以中低為主，反映了三角洲平原的天然堤、分流間灣的泥質(zhì)或細(xì)粒部分沉積，主要為沙紋層粉細(xì)砂巖相（圖3F）。

3.7 指形

為齒形的一種特殊類(lèi)型，具對(duì)稱(chēng)粒序、高幅度的特點(diǎn)，反映了在低能量環(huán)境下的一種高能量作用的均勻粗顆粒的沉積，主要代表了分流河道或海相灘壩沉積。巖石相類(lèi)型主要為平行層理細(xì)砂巖相。

此外，本區(qū)還發(fā)育測(cè)井曲線(xiàn)的復(fù)合形態(tài)，常見(jiàn)的有漏斗形–箱形曲線(xiàn)和箱形–鐘形曲線(xiàn)；前者代表了在物源供應(yīng)豐富條件下的砂體沉積，反映了水流能量變強(qiáng)且持續(xù)，反映了三角洲平原天然堤–決口扇–分流河道的沉積；后者代表了強(qiáng)水流量和物源豐富的河道沉積，后期由于河道遷移或廢棄導(dǎo)致能量降低形成了正粒序特征，主要反映辮狀河道的遷移特征，也可反映三角洲平原分流河道的部分沉積特征（圖3G）。

4 不同相帶的測(cè)井相

大牛地氣田沉積環(huán)境變化頻繁復(fù)雜，從海相障壁砂壩砂體到三角洲前緣水下砂壩、三角洲平原分流河道砂體、再到辮狀河道砂體，每一類(lèi)型砂體的沉積環(huán)境和水動(dòng)力條件各不相同，導(dǎo)致了在測(cè)井相類(lèi)型上也不盡相同。

4.1 辮狀河沉積

辮狀河流相為河流發(fā)育的上游，一般來(lái)說(shuō)，河道淺而寬，河道橫向遷移快，形成了分布廣泛、層層疊置的河道砂壩沉積，漫灘及天然堤不發(fā)育。本區(qū)辮狀河沉積主要發(fā)育在盒1段，具有砂多泥少的層序組合，心灘微相的曲線(xiàn)以典形箱形為主，但是由于物源充分但河道擺動(dòng)快，對(duì)原沉積物的改造不徹底，大多具有微齒或齒化現(xiàn)象，形成了齒化箱形曲線(xiàn)，為有利相帶；當(dāng)辮狀河道將要廢棄時(shí)，形成了向曲流河過(guò)度的沉積，箱形特征不明顯，具有鐘形或箱形+鐘形組合特征，為次有利相帶（圖4）。

圖3 各測(cè)井相類(lèi)型特征

圖4 大牛地氣田盒1段沉積相

4.2 三角洲平原沉積

本區(qū)三角洲平原沉積主要發(fā)育在山2、山1段，主要由砂巖、粉砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖和煤層等巖性組成，一般具正粒序特征。砂巖沉積的主要微相為分流河道，具有河道的正韻律特點(diǎn)，具有箱形或鐘形曲線(xiàn)特征；其中箱形特征表明水動(dòng)力能量強(qiáng)，分選好，為最有利相帶；次有利帶主要表現(xiàn)為鐘形或箱形–鐘形特征，第三類(lèi)儲(chǔ)層主要為齒化鐘形特征。在分流河道兩側(cè)附近，分布有天然堤、決口扇，主要沉積物為粉砂巖、細(xì)砂巖等，一般為下粗上細(xì)的結(jié)構(gòu)，曲線(xiàn)特征為齒形、指形（圖5）。

本區(qū)整體上不發(fā)育三角洲前緣沉積環(huán)境，局部發(fā)育前緣河口砂壩具有反粒序特征的沉積。同時(shí)，在三角洲平原分流河道的兩側(cè)發(fā)育水上天然堤，由于海退的影響，三角洲向海方向推進(jìn)，形成了前積特點(diǎn)，在天然堤沉積部位由于水流能量增強(qiáng)，物源充足，逐步發(fā)育成為決口扇、新的分流河道的沉積；從而具有了在特珠沉積環(huán)境下的反韻律沉積，即漏斗形曲線(xiàn)特征。

圖5 大牛地氣田山1段沉積相

4.3 障壁島–瀉湖沉積

本區(qū)的海相沉積主要發(fā)育在太原組太 2、太 1段，主要由石英砂巖、粉砂巖、泥巖、煤層和灰?guī)r等巖性組成。其中太2砂巖形成的主要沉積微相為障壁砂壩，底部為相對(duì)較細(xì)的沉積、向上漸變?yōu)橄鄬?duì)較粗的沉積、再向上又漸變?yōu)橄鄬?duì)較細(xì)的沉積；反映了早期濱海沉積環(huán)境→海退形成的障壁沉積環(huán)境→潮坪沉積環(huán)境，形成了本區(qū)相對(duì)較特殊的光滑弓形曲線(xiàn)。有利沉積相帶為障壁砂壩主體部位，測(cè)井相類(lèi)型為弓形特征或近似弓形；次一級(jí)砂壩或沖積扇則泥質(zhì)含量相對(duì)較高，主要呈現(xiàn)低幅度和齒化現(xiàn)象，儲(chǔ)層物性相對(duì)較差。太1砂巖形成的主要沉積微相為濱淺海潮坪砂壩，水流作用相對(duì)強(qiáng)，主要為指形曲線(xiàn)特征（圖6）[10–11]。

圖6 大牛地氣田太2段沉積相

5 結(jié)論

（1）本區(qū)發(fā)育海相–陸相的沉積體系，測(cè)井相類(lèi)型多，基本類(lèi)型為箱形、齒化箱形、鐘形、漏斗形、弓形、指形、齒形等7種類(lèi)型，組合類(lèi)型亦較多，其中弓形為本區(qū)海相砂巖沉積的特有類(lèi)型。

（2）下石盒子組盒3、盒2、盒1段主要為辮狀河流相沉積，有利相帶為辮狀河主河道，有利微相為心灘，儲(chǔ)層測(cè)井相類(lèi)型主要為典型箱形、齒化箱形，反映了心灘砂體垂向加積和多期沖刷疊置的特征；次級(jí)河道主要呈鐘形、箱形+鐘形等，具有辮狀河向曲流河過(guò)渡的特征。

（3）山西組山 2、山 1段為三角洲平原沉積，有利相帶為分流河道，儲(chǔ)層測(cè)井相類(lèi)型主要為箱形或鐘形為主，少量箱形+鐘形組合。

（4）太原組太2段主要為障壁島–瀉湖沉積，有利微相為障壁砂壩，儲(chǔ)層測(cè)井相類(lèi)型主要為弓形；太1段儲(chǔ)層測(cè)井相類(lèi)型為指形。

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TE112.221

A

1673–8217（2017）06–0036–05

2017–04–20

高青松，高級(jí)工程師，1971年生，1994年畢業(yè)于成都理工學(xué)院石油地質(zhì)勘查專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事天然氣地質(zhì)及氣藏開(kāi)發(fā)技術(shù)研究。

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“鄂爾多斯盆地北緣低豐度致密低滲氣藏開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”（2016ZX05048–002）。

蒲洪果